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1、美国NASASTD7003爆炸冲击试验规范简述Vol9No.3航天器一7/ACECRAFTENGIN第9卷第3期2000年9月美国NASA.STD.7003爆炸冲击试验规范简述VI6金恂叔(北京卫星环境工茬荐.北京l00029)摘要彳卜绍7美国NASA的航天器爆炸冲击试验规范.规范阐述7爆炸冲击环境的特点,环境预示方法.以及爆炸冲击试验模拟技术等.关键词爆炸冲击环境.爆炸冲击试验1前言MeA一.NASA.叫,在航天器上一般都使用了许多不同类型的火工装置,来进行结构分系统的分离,伸展件的解锁,以及启动航天器上某些部件的工作等.当这些火工装置工作时会产生剧烈的爆炸冲击载荷.它们也可以是由于结构预加
2、载贮存能量的释放或是由于炸药或推进剂触发引起结构件之间的碰撞所造成.资料统计表明.许多飞行硬件的故障是由于爆炸冲击载荷的所致,某些甚至导致任务的灾难性失败.美国曾有人对19601977年问发射的航天器早期故障进行统计分析,发现因爆炸冲击引起的故障相当多.这一方面说明了爆炸冲击环境的破坏性.也与当时对爆炸冲击环境认识不足.试验不充分有关.爆炸冲击引起的故障有晶体,陶瓷,环氧树脂,玻璃外壳等脆性材料的碎裂;焊接点及导线接点的断裂,密封损坏;污染颗粒的迁移,继电器和开关的颤动和转换;此外会引起微电子芯片之类轻质结构件的变形.但另一方面,爆炸冲击引起主结构件的变形或损坏却很少见;除非是在紧靠冲击源的区
3、域,才可能会发生结构损坏.有鉴于此,在研制航天器的过程中.充分了解所用火工装置的特性,在设计中正确估计这种环境.对易受爆炸冲击环境影响的元器件和部件采取防护措施,同时在研制过程中进行必要的冲击环境试验,是十分重要的.从国外情况来看,对爆炸冲击环境历来给予相当的重视.而近年来似乎有增无减.NAsA制定并于1999年5月颁布了标准NASA.STD.7003”爆炸冲击试验规范”.而新修订的美军标MIL-STD一810F把爆炸冲击试验由原先的”冲击”试验方法中分开,专fill1进了关于爆炸冲击试验方法一节,充分说明了对爆炸冲击的重视.该标准分以下几部分:1)范围包括目的,适用性,背景三部分;2)适用文
4、件主要引用标准为NASA-STD一7002”有效载荷试验要求”;3)简缩词,符号和定义定义部分给出了爆炸冲击特性及其描述,环境试验的规范及组装级别的划分:4)要求该部分为标准的主要内容,它包括试验原理,最高期望飞行环境,试验余量和试验施加次数,试验规范,试验方法和设施,数据采集,数据分析和试验控制容差等;收稿日期:2000052l3期盒恂叔:美国NASA.STIr7003爆炸冲击试验规蘸煎堕5)附录共有三个,即爆炸冲击环境预示,最高期望环境的确定和参考文件;在标准的第一章中指出,该NASA技术标准是为NASA的航天器,有效载荷和运载器硬件在制定验证过程的研制,鉴定,飞行验收及/或原型飞行(PF
5、)试验阶段爆炸冲击规范时提供一个统一的方法.它是作为向NASA各计划和项目推荐的工程实践方法提出的,可以作为技术文件或指导性的参考材料在合同或计划中引用.该标准或其条款是否适用,需由计划/项目的管理部门及执行的单位来确定.并在合同或规范中对标准的个别条款进行剪裁(即修改或取消)以满足特定计划/项目的需要与限制.2爆炸冲击的特点在标准中将爆炸冲击的特点概括为:具有高峰值加速度(300300.000g).高频成分(可达lMHz)和短的持续时间(短于20ms).这些特点在很大程度上依赖于火工装置类型,尺寸和强度.同时取决于结构传递路径的特性(包括结构类型和形状,接头,紧固件和其它间断形式).也取决于
6、所考虑响应点到冲击源的距离.火工装置一般可分为点源和线源.二者也可结合使用.由于爆炸冲击的高频成份,许多能够经受包括随机振动在内的各种低频动力学环境的硬件单元或小型组件却易于固爆炸冲击而失效.而且.由于高频成份使分析计算方法不适用于爆炸冲击载荷的验证工作,必须通过实验手段来进行验证,因此.爆炸冲击试验对保证任务的成功是十分重要的.标准把爆炸冲击环境分为三个区:近场,中场和远场.这三个区环境的差别在于其谱成份和量级不同,但这种分区又和爆炸冲击装置的类型和强度,冲击源到硬件的距离,中间结构的构造特点有关.这三个区分别为:a.近场(nearfield)环境它主要由来自冲击源的冲击波直接传播所决定.引
7、起的峰值加速度通常超过5000g.同时在100kHz以上有很高的谱分量.对强冲击源,例如大多数线源.近场区通常包括在源15cm内的结构部位(除非中间有结构不连续点).对不很强的冲击源,例如大多数点源.近场区大约在冲击源的3cm以内的部位.良好设计的航天器.一般不应在近场区内装有对冲击敏感的硬件,因此不需要近场试验.b.中场(midfield)环境是指同时是由于冲击波传播和结构谐振组合作用的区域.引起的峰值加速度在1000g一5000g之间.在10kHz以上有很高的谱分量.对强冲击源,该区域是距离冲击源1560cm之间的部位(除非中间有结构不连续点).对不很强的冲击源.中场区是在冲击源的315c
8、m区域内.c.远场(farne1d)环境该区域是在中场区以外.它主要由结构谐振所决定.峰值加速度在1000g以下,大多数的频率成份在10kHz以下.3爆炸冲击环境的数学描述虽然爆炸冲击可以用瞬态力,应变或速度来表征.但在航天设计及试验中用加速度时间航天器工程9卷历程及计算出的冲击谱来描述.标准对爆炸冲击的描述方法作了以下的说明.a.爆炸冲击波形或时间历程通常用峰值绝对值和持续时间来描述.由于往往有振动及电噪声伴随着爆炸冲击,因此把总的冲击持续时间定义为自冲击到达测量点的时刻与波形幅值衰减到峰值10%的时刻之间的间隔.即所谓”10%持续时间”.图I为典型的加速度时间历程.b.一个瞬态变量的频率成
9、份虽可以用多种方式来表征,如富里叶谱,”能量”谱或冲击响应谱(SRS),但是SRS是在爆炸冲击环境设计和试验中最常用的.如果知道硬件的主要模态特性(包括阻尼值),则可以用SRS或加速度时间历程计算出硬件的冲击响应.然而,一般来说这是很难做到的.特别是在与爆炸冲击密切相关的高频区.因此在进行SRS分析时,通常假定自振频率对应于所感兴趣频率范围内的i/6倍频程中心频率,而品质因素选为Q=10,即相应的临界阻尼比=0.05.图2为典型的冲击响应谱.图l典型的加速度时间历程NaturalFrequency,Hz图2典型的冲击响应谱抗走播3期金恂叔:美国NASA.STD一7003爆炸冲击试验规范简述63
10、4爆炸冲击试验原理及其应用4.1试验类别分析环境试验一般可分为以下四大类:a.鉴定试验验证飞行硬件的设计完整性并具有规定的余量;b.验收试验检测出飞行硬件在制造中的工艺错误及材料中的缺陷:e.原型飞行(PF)试验没有专门的鉴定件.对飞行硬件进行降低量级的鉴定试验,它同时兼顾了验收试验的目的;d.研制试验在研制早期进行的试验.目的是研究硬件对环境条件的敏感性,验证分析模型的正确性.评估各种降低环境影响的措施等.上述试验可以在系统级或组件级上进行.在有效载荷,航天器,和大型分系统上的试验一般称为系统(system)级试验.在机电设备和小型分系统上的试验称为组件(assembly)级试验大多数系统级
11、爆炸冲击环境是自诱发的,而大多数组件级的爆炸冲击环境是外部诱发的.因此,系统级鉴定和PF试验在传统上不考虑余量,但是几乎总是使用飞行用的火工装置和真实的结构来做试验.组件级试验的目的是要通过冲击载荷来验证设计和制造工艺.而系统级试验的目的是:a)对组装好的系统验证其设计和制造工艺;b)验证组件级的试验环境或证明省略组件级试验是台理的.组件级爆炸冲击试验是否可以省略要根据以下几点来确定:a)硬件量否足够坚固或结实;b)爆炸冲击环境与频率较低的振动环境相比不那么严酷;c)硬件的主要人振频率范围与动力学低频环境及爆炸冲击环境的关系.例如.随机振动与爆炸冲击严酷性的交越频率对近场爆炸冲击为100Hz,
12、对中场爆炸冲击为500Hz,对远场爆炸冲击为1000Hz.较小的组件,如果没有高频隔振的措施,都易因爆炸冲击而损坏.因此,如果怀疑组件对爆炸冲击环境敏感,都应做爆炸冲击试验.此外,应在研制阶段早期进行爆炸冲击研制试验以避免在研制后期进行鉴定试验或验收试验时才发现问题而延误进度.4.2最高期望飞行环境爆炸冲击试验条件是根据最高期望飞行或工作环境(MEFE)来制定的.该环境可以由a)瞬态分析_b)对飞行中或地面试验中测得的数据作包络线或者对上述数据进行统计分析而得.如果进行统计分析,一般取冲击响应谱数据的P95/50统计估计值作为MEFE,也就是假定SRS数据是对数正态分布的,取95%的上容差限,
13、50%的置信度的估计值作为MEFE.当然.也可以用其它的统计参数.在标准附录A与B中给出了爆炸冲击环境预示和MEFE的确定方法.4.3试验余量与试验次数由于硬件强度的分散,即使鉴定试验件通过了某一规定的试验.其它试件仍有可能通不过该试验.因此,对外部诱发的爆炸冲击环境,在确定鉴定试验条件时要对MEFE加上一个余航天器工程9卷量来考虑这种分散性.此外通常还要加上一个考虑疲劳或时变的余量.因此建议在整个MEFE谱曲线上至少加上3dB的余量.如果是取测得的数据的包络作为MEFE.往往该包络已经考虑了足够的余量.不需要另外再加余量了.对外部诱发冲击环境的爆炸冲击鉴定试验,建议至少(每轴)要进行两次冲击
14、.如果这样做了,对应的飞行验收试验只需在MEFE条件下每轴进行一次冲击.在PF试验中,只需在鉴定级每轴施加一次冲击.对自诱发的冲击环境,通常使用飞行中用的火工装置和飞行(或与其相似)的结构,这样就可以较好的模拟飞行冲击环境.进行鉴定试验或PF试验时通常要进行多次点火考虑到各次点火之间的差异.建议至少进行两次点火.如果在航天器上使用了多个火工装置,通常的做法是对产生最严酷爆炸冲击环境的火工装置进行两次点火,而对其它的火工装置只需点火一次,目的是验证它是否会对较敏感硬件产生更严重的爆炸冲击环境.这样做了以后,飞行验收试验一般只需点火一次.4.4试验规范上面提到,对自诱发爆炸冲击环境的系统级试验最好
15、用真实的火工装置及飞行型结构进行,这样可得到最佳的爆炸冲击环境模拟.系统级试验同时也是验证火上分系统能否正常工作的机会.但由于系统级试验有时会带来很多麻烦,例如要更换火工品及某些结构件.进行清理等等.因此.有时对某些火工装置少进行几次点火或在研制件上点火.这时要对冲击响应详细地进行测试,同时对所有可能对爆炸冲击较敏感的组件应进行鉴定试验或PF试验.组件级试验规范与使用的试验方法及试验设施,以及冲击环境特性有很大关系.试验频率范围一般从100Hz开始,根据是近场,中场或是远场.频率上限分别为100MHz,100kHz及10kHz或更高些.但主要应由实际测得的冲击数据谱分量来定.爆炸冲击试验的波形
16、或时间历程应该与飞行事件有相似的特性,即同时应有若于个不同频率的衰减正弦波发生.总的持续时间也应与实际的飞行事件相似,一般短于10ms.前面提到,在冲击源的近场区一般不应安装对冲击敏感的硬件.如果做不到这一点,就应要求做近场的爆炸冲击试验.但是由于近场冲击环境的高加速度和高频谱分量,使可用的试验古法和试赂设旒裁福右限.而日冲击环培的-捌量巾.掂雨媲4.5试验方法和试验设施目前爆炸冲击试验基本上采用三种试验方法:真实的火工装置;机械撞击式试验装置;用振动台避行冲击谱合成的模拟试验方法.近场区:前面提到.在近场区应尽量不安装设备,如果必须安装,应要求对安装在该区的硬件进行爆炸冲击试验.这时,一般采
17、用飞行中实际使用的火工装置来做试验;中场区:一般采用火工装置或机械撞击式试验装置;远场区:在该区,三种试验方法皆可采用.标准对这三种试验方法及其优缺作了介绍和讨论.使用真实的火工装置及飞行型(或与其相似的)结构来模拟近场的爆炸冲击环境能得到最正确的模拟.但是,这种模拟往往花费较大.有时需要较长的调试时间.各次试验之间会存在较大的分散.同时安全也是需要注意的问题.机械撞击式试验装置的好处是运行费用低,虽然也需要一定的调试,但是其频率和性能特3期金恂敏:美国NASA$”TI>701)3爆炸冲击试验规范茼述65性可以预测,这对策划其使用很重要.此外,这种装置的频谱物性有一定的限制.用电动式或电
18、液式振动台来做冲击试验的优点是其通用性,运行费用低,已知的可控性能,但是其幅值,谱特性皆受限制,并有方向性.振动台的有效激振范围最多只能到3000Hz.机械撞击式装置和振动台一般产生单方向的激励,这与实际上是多轴的冲击环境相比就会灾试验,然而这些试验装置与实际的结构相比一般阻抗要高,这又会造成过试验.4.6数据采集在进行爆炸冲击试验时,都是用加速度计来进行响应与环境的测量,尽管加速度计有一定的不足,为得到正确的测量结果,正确选择所使用的加速度计十分重要.加速度计的自振频率一般要高于预计的爆炸冲击环境最高频率5倍,其灵敏度不能太高(包括信号调节器的设置)以防止出现饱和现象.目前加速度计的发展已经
19、有可能改进爆炸冲击环境测量的质量,这就是:a)压阻式传感器其自振频率超过IMHz,而测量冲击的范围超过200,000E;b)内装隔冲击装置或机械滤波器的加速度计.还需要指出的一点是装在柔性结构上的加速度计常会园基底的弯曲而产生错误的电信号.要正确选择与调节数据采集系统,使之预计的来自加速度计的最高瞬态信号完全落在系统的线性范围以内,从而提供足够的”向上空间”.用于近场测量的加速度计,不论是否带安装块,建议既用螺栓又用专用的胶来固定.除了用加速度计,还可以用速度传感器,激光多普勒测振义或应变计来测量冲击环境和响应,但是都各有优缺点.应用数字式数据采集/分析系统时,其采样率应至少为冲击响应谱(SR
20、S)最高频率的l0倍.在模数转换前要加上抗干扰滤波器.由于磁带式记录仪的频率有限制,对关键的近场或中场测量最好使用数字一数字式记录仪.4.7数据分析要确保数据采集误差,例如来自压电加速度计的加速度时间历程中不易察觉的零飘,不会在后面数据分析中计算SRS时产生大的误差.建议用PowersPiersol方法来验证冲击数据的有效性.选用的SRS计算方法也可能产生误差.建议用Smallwood算法来减少计算SRS中的误差.4.3试验控制容差在使用火工装置进行试验时,一般难以规定具体的容差,如前面提到的,要进行多次点火来考虑各次点火中的差异.用撞击式试验装置或振动台都可以规定试验控制的容差.目前在航天器
21、试验中一般规定如下的容差(对SRS的最大值):自振频率容差fn3kHz6dBf.>3kHz+9/一6dB至少有50%的SRS值应超过额定的试验规范.航天器工程9卷4.9试件工作在进行冲击试验时,试件可以通电工作,也可以不通电.对组件,一般不论在冲击事件发生时是否工作,都应通电以监测有无间歇性失效.对系统级通电的试验,通常要对与飞行爆炸冲击事件有关的工作模式进行监测.4.10试验剪裁问题标准指出,在该标准中提供了足够的灵活性以满足大多数情况下试验剪裁的需要.例如,在中场和远场试验也可采用火工装置加工飞行(或与它相似的)结构来做试验以代替振动台和简单的夹具及中间结构,这样就能提供正确的驱动点
22、阻抗,以及在结构/试件界面适当的瞬态力.这正如在随机振动试验中采用限力(forcelimiting)技术一样.附录A爆炸冲击环境预示一般有三种方法可用于预示或估计结构不同部位固爆炸冲击产生的响应,即分析模型,直接测量.和由以前测量的结果换算.A.1分析模型过去多年来曾开发出许多不同的分析模型,目的是用于,即使是很粗略,来预示航天结构对某些类型火工装置产生的瞬态载荷的响应.最近爆炸流体动力学计算软件hydrocodes曾被用来在时域中对炸药或推进剂点火及燃烧的详细过程进行建模,同时用Lagrange及/或Euler网格对非线性变形及分离,还有结构波形的产生和传播,所有这些都是爆炸冲击预示所需要的
23、.不幸的是.进行hydmcode分析通常需要花费巨大的劳动和计算机费用.有时将hydmcode模型与有限元(FEM)法或统计能量分析(sEA)模型结合来把爆炸冲击能量传递到中场及远场.然而,大多数FEM模型的频率范围太低,无法用于爆炸冲击响应预示,或者在空间上受到很大限制,只有简单的结构形式才能准确地建模.另一方面,SEA是用来预示中频声振响应的,它是使用空间和谱平均以模态组的形式来建模的.这些模型曾被扩展到预示高频爆炸冲击响应.因此,SEA更适宜于高频爆炸冲击预示,因为为作频平均所需要对结构模态密度(单位带宽内的结构模态数)大致与频率成正比.事实上,由于在低频振型稀少或根本没有也就限制了SE
24、A只能用于中高频.但SEA使用了空间和谱平均.它不能用来预示特定部位或频率的响应.直到目前.在使用这些模型方面的经验还有限,难以作出评价或推荐.然而,如果有一个分析模型并根据实验室内在待定结构上对所感兴趣的火工装置进行的爆炸冲击测量结果对它作了修正和投核,则该模型可以用于最初的爆炸冲击预示.但在一旦获得真实的爆炸冲击数据后应对所有这些预示结果进行验证和修正.A.2直接;昊4量在飞行中或在实验室内对航天器直接测量火工装置引起的爆炸j中击响应,当然是最理想3期盘恂权:美国NASASTD,7I)03爆炸冲击试验规范茼述67的.可以获得最可靠的数据=但是也受到许多条件限制,这种方法只能在第一次飞行后修
25、改预示结果.因此无法用来确定航天器或其组件最初的试验要求,而且飞行中爆炸冲击测量的价格昂贵.也可以实验室内对航天器进行测量,同佯能得到真实的测量数据,但是得到的数据往往只能用于验证分析结果或用于其它新型号航天器的研制.而来不及用于自身型号.需要注意的是.如果在实验室试验时火工装置产生足够的能量而导致比飞行时严重的大气冲击波,而又未能将该冲击皱从结构开,则可能使预示的爆炸冲击环境过高.此外.如果有动力学上相似的结构,也可在型号研制阶段早期用它进行试验获得数据.用于爆炸冲击环境的预示.A.3由以前测量结果进行外推多年来,由许多航天器型号已经获得大量的实验室和飞行中的爆炸冲击数据并给出了分析结果.即
26、使这些数据是来自完全不同的航天器设计和不同的火工装置,至少也可由设计不相同的航天器(通常称为参考航天器)的测量结果对新航天器设计的预计爆炸冲击环境作粗略的估计当然,新的航天器和参考航天器在设计细节上越接近,外推的结构也就越准碲.因此,如果新航天器和参考航天器所用的火工装置相同.外推结果就最准确.爆炸冲击环境的外推主要包含两项主要的换算工作即:(a)对火工装置释放的能量进行换算;(b)对爆炸冲击源与所关心的响应部位间的距离和结构型式进行换算.有时也采用对结构表面重量密度进行换算的方法.但是这种外推通常不很有效,因为爆炸冲击产生的强烈压缩波不受表面重量密度很大影响.对冲击源能量和响应部位到源的距离
27、可按以下的换算规则进行.A.3.1冲击源能量换算设E及E为相应的参考航天器及新航天器上火工装置释放的总能量.在所有频率上冲击响应谱由参考航天器到新航天器的换算公式为5RS(DI)=SRS(D1)(E/E)(A.1)其中SRS及SRS为相应的参考航天器及新航天器离爆炸冲击源距离为D1的冲击响应谱.在应用方程(A.1)时需要小心,因为在许多情况下.当冲击源的能量如果超过了实现结构分离所需的能量,并不会引起冲击传递的增加,而是使传到结构邻近的大气或真空中的冲击波或爆震波增加.该过多的能量在产生结构响应方面并不那么有效.因此,当E>E.应用方程(A.1)可能会产生爆炸冲击环境的过预示.同样,当E
28、<E,会导致欠预示A3.2冲击源到响应部位距离的换算多年来,曾提出了许多用于按冲击源到感兴趣部位的距离来修正爆炸冲击环境幅值的经验换算公式图A1给出了一组典型爆炸冲击通过不同类型结构传播的换算曲线.注意,图A.1的结果是用于爆炸冲击响应峰值的.点源在复杂结构上产生的冲击响应谱的换算公式如下SnS(D2)=SRS(DI)exp一810叫(2.4fo一.加)D2一D1i(A.2)其中D,及Dz分别为由爆炸冲击源到参考航天器上部位及新航天器上部位的距离,而SRS(DI)及SRS(D2)分别为参考部位及新部位的冲击响应谱.由于方程(A.2)预示的是冲击响应谱.所以它是固有频率的函数.图A.2所示
29、为对不同dD=D2一Dl值所作的曲线.要指出的是,方程(A.2)是在海平面上由点源在复杂结构上产生的爆炸冲击数据推得,并不能代表在空间其他冲击源和结构的情况,如A.1和A.2节所讨论的那样.由与特定航天器更相似的冲击源及结构所获得的数据可以得到其它源的换算规则,可用来代替图A.1及A.2航天器工程9卷Dislancefloms0LIrce.m图A.1爆炸冲击响应峰值与到火工装置源距离的关系曲线1一蜂窝结构;2一大粱或桁条;3一主桁架单元,4一圆柱壳;5一环形框架6一复杂设备安装结构;7一复杂飞机构架NaturalFrequency,Hz图A2冲击响应谱按到击源距离所作的修正曲线给出的结果.最后
30、一点是关于爆炸冲击随着距离衰减的问题,当冲击传递通过结构接合部时,爆炸冲击的幅值会有很大的衰减.具体地说,指出,由于结构接合部引起的衰减,根据结合部的形式及冲击传递路径改变的方式而定,可达2O一75%.由以往经验所可能得到的结合部衰减的其他数据,如合适.也可使用.3期金恂叔:美国NASASTD.7003爆炸j中击试验规范简述69附录B最高期望飞行环境的确定附录A介绍的预示方法一般只给出结构上个别点的冲击响应谱,但它并不一定对应于爆炸冲击试验规范制定中所有感兴趣的点.其次,这种预示是根据估计的或测得的爆炸冲击数据而并不反映同样类型的不同火工装置产生的爆炸冲击环境可能有的差异.因此,有必要把预示的
31、爆炸冲击值转换为一个冲击响应谱,即称之为”最高期望飞行环境”,它考虑到了点与点(空间的)的差异和事件与事件的差异.最高期望飞行环境的计算包含两个步骤:(a)把对特定爆炸冲击事件预示结果按相近的冲击响应谱值分组,即分为”区”;(b)在每个区内所有的冲击响应谱值取一个保守的上限,称为分区限”.它代表该区的最高期望飞行环境.B.1分区的确定由于单个爆炸冲击事件所产生的结构响应的冲击响应谱值往往因部位不同而有很大的变化,特别是随着结台部位的增多及/或到爆炸冲击源距离的增加,更是如此.将结构分区的目的是要使在该区内所有点对个爆炸冲击事件的响应是相当均匀的,也就是说,在一个区内所有点的响应的冲击响应谱值可
32、以用一个冲击响应谱米包络.同时,还要求选定的分区对应于制定试验规范时所考虑的结构区域.例如,个分区应对应于要做爆炸冲击环境试验的一个组件或最好是若干个组件的所有安装点.分区通常是根据工程判断和经验来做,或者对预示的冲击响应谱值粗略的估计作出的.例如,工程判断可断定框架结构和蒙皮板结构是代表两个不同的分区,因为蒙皮板结构的响应一般要比框架结构高很多.同样,经验证明,爆炸冲击源的近场和远场结构区域的冲击响应谱有很大的差别,它们应代表不同的分区.除了这种工程考虑外,对预示的爆炸冲击响应谱值的直观观察也可用于将有相近冲击响应谱值的部位进行适当的分区.这里假定了在一个给定分区内所获得的冲击响应谱是对该区
33、所有感兴趣点的典型部位的预示结果.理想的情况是,应在该区内对所有可能的响应点随机地选择来做到这一点.实际上,随机选择通常是不可能行的,因为预示往往是在分区选定前进行;而事实上正如上面所讨论的,要根据预示的响应谱来建立分区.然而,在某些场合下,可以对所感兴趣组件的安装点来进行预示,即使这些安装点可能并不能代表区内所有的点.也可能是对响应点很好的选择.在任何场合,对所能得到的爆炸冲击数据所代表的部位进行评估,以便确信他们能代表区内所有感兴趣的点是十分重要的.B.2分区环境极限值的计算一个分区内各点的爆炸冲击预示值的保守极限值可用任一种方法来求得.这里推荐的方法是要计算能够包络分区内至少95%的部位
34、上的冲击响应谱值并有50%置信系数的额定容差限,即所谓P95/50值,也就是爆炸冲击的最高期望飞行环境.具体地说,设有随机变量的一个测量数据,其上容差限定义为超过至少所有z值的部分,而其置信系数为y的z值(用L表示).百分数口是代表一个随机选出的z小于L的最小概率;而置信系数可以解释为L确实超过百分数p的所有值的概率.容差限通常用比值(1008/1007)来表示,例如,P95/50额定容差限代表口=0.95和=0.50.在爆炸冲击预示中,代表在一个分区内航天器结构上随机选取的点上响应在特定频率的冲击响应谱值在该区内值由于响应在空问上航天嚣工程9卷的变化而每点都不同.然而,值也可能与其它因素有关
35、,例如,由于同样类型的火工装置一次爆炸冲击和另一次之间的变化.在选择-组预示的爆炸冲击值样本来计算容差限时,除了选取一个分区内不同位置的冲击响应谱值,明智的办法是,如果可能,同时也把相同没计的不同航天器的冲击响应谱包括在内,这样就可以把测量或预示的冲击响应谱值因部位和不同次点火引起的差异考虑在内.当随机变量是正态分布的,容差限最容易计算.爆炸冲击引起的航天器结构响应电到电(空间的)变化一般不是正态分布的.但是经验证明,爆炸冲击响应以及随机振动的对数很近似于正态分布.因此.只要作对数变换=ogL0-T(B.1)其中是在一个分区内响应在特定固有频率的冲击响应谱值,对3-作对数变换后的变量可以假设为
36、是正态分布的.对Y的个采样值,额定容差限由下式给出L=+(B.2)其中是个变换后的谱值的采样平均值是采样标准偏差,它们计算如下11”;=Yi;S=(一)(B.3)在方程B.2中的为额定容差园子.表B.1为对应p=0.95和7:O.50的值.变换后的变量的额定容差限再用下面的公式转换成原来的工程单位.L:10L:,(B.4)为了简化试验规范,额定容差限通常用两个直线段进行平滑.表B.1)95/50额定容差限的容差园子3l56j8J101520f30I50l.I1.94I1.83L78lL.75lL72lI70L.68L67lL.661.6511.64参考资料LBementLJ,SchimmelM
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